注册电气工程师培训班全套资料10

直流传动控制系统的分析直流传动系统具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的各种生产机械中得到了广泛的应用。从生产机械要求控制的物理量看，电气传动控制系统有调速系统、位置随动系统等，各种系统往往通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的直流传动控制系统本节应了解的问题直流调速控制系统的控制要求和静态指标静态指标与机械特性之间的关系静态指标参数之间的关系开环调速控制系统特点闭环调速控制系统特点开环与闭环调速控制系统特性之间关系调速控制系统的动态指标一、调速系统的控制要求和

调速系统静指标

任何一台需要控制转速的设备，其生产工艺对调速性能都有一定的要求。归纳起来，对于调速系统的转速控制要求有以下三个方面：2）稳速——以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；1、

控制要求1）调速——在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或平滑地（无级）调节转速；3）加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起，制动尽量平稳。2、调速系统静指标调速范围定义：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母D表示，即其中nmin

和nmax

一般都指电动机额定负载时的转速，对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可用实际负载时的转速。静差率定义：负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落nN

，与理想空载转速n0之比，称作静差率s，即或用百分数表示式中nN=n0-nN

3、静差率与机械特性的关系静差率是衡量调速系统在负载变化时转速的稳定性。与机械特性硬度有关硬度大s小硬度小s大与系统的工作速度有关理想空载低s大理想空载高s小相同硬度静差率bTeNTen0an0b∆

nNa

∆

nNb

nO不同转速下的静差率例如：某电动机在理想空载转速n0为

1000r/min时降落10r/min，静差率只占1%；n0为

100r/min时同样降落10r/min，静差率就占10%；如果n0只有10r/min时，再降落10r/min，静差率就占100%，这时电动机已经停止转动，转速全部降落完了。因此，调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。调速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准。4、调速范围围、静差率和和额定速降之之间的关系设：电机额定定转速nN为最高转速，，转速降落为为nN，则按照上面分分析的结果，，该系统的静静差率应该是是最低速时的的静差率，即即于是，最低转转速为而调速范围为为将上面的式代代入nmin，得上式表示调调压调速系统统的调速范围围、静差率和和额定速降之之间所应满足足的关系。对于同一个调调速系统，nN值一定，由式式可见，如果果对静差率要要求越严，即即要求s值越小时，系系统能够允许许的调速范围围也越小。结论一个调速系统统的调速范围围，是指在最最低速时还能能满足所需静静差率的转速速可调范围。。例题1-1某直流调速系系统电动机额额定转速为nN=1430r/min，，额定速降nN=115r/min，，当要求静差率率s≤30%时，允许多大大的调速范围围？如果要求求静差率s≤20%，则调速范围是是多少？如果果希望调速范范围达到10，所能满足的的静差率是多多少？解要求s≤30%时，调速范围围为若要求s≤20%，则调速范围只只有若调速范围达达到10，则则静差率只能是二、开环调速系统统及其特性若直流调速系系统是开环调调速系统，即即系统的输出出量不返送到到输入端，系系统组成如下下图。开环直流调调速系统原原理框图+-AM+-UdId+-∆UnU*nUcUPE+-开环控制系系统的特点点是：控制制装置与受受控对象只只有顺向作作用而无反反向联系；；每个输入入量对应一一个输出量量，系统的控制制精度完全全取决系统统元器件和和特性调整整的准确度度；系统抗干干扰能力差差。因此，当系系统对干扰扰影响要求求不高，并并且控制精精度要求不不高时，可可采用开环环控制系统统。例题2某龙门刨床床工作台拖拖动采用直直流电动机机，其额定定数据如下下：60kW，220V，305A，，1000r/min，采用V-M系统，主电电路总电阻阻R=0.18，电动机电动动势系数CeΦ=0.2V·r/min。如果要求调速范范围D=20，，静差率s≤5%，采用开环调调速能否满满足？若要要满足这个个要求，系系统的额定定速降最多多能有多少少？解当电流连续续时，V-M系统的额定定速降为开环系统机机械特性连连续段在额额定转速时时的静差率率为这已大大超超过了5%的要求，更更不必谈调调到最低速速了。如果要求D=20，，s≤5%，则由D，S与nN关系可知由上例可以看看出，开环调调速系统的额额定速降是275r/min，，而生产工艺的的要求却只有有2.63r/min，，相差几乎百倍倍！由此可见，开开环调速已不不能满足要求求，需采用反反馈控制的闭闭环调速系统统来解决这个个问题。结论：开环调速只能能用在对静差差率要求不高高的直流调速速控制系统三、闭环调速系统统的组成及及其静特性根据自动控制制原理，反馈馈控制的闭环环系统是按被调量的偏偏差进行控制制的系统，只要被调量量出现偏差，，它就会自动动产生纠正偏偏差的作用。。调速系统的转转速降落正是是由负载引起起的转速偏差差，显然，引入转速闭环环将使调速系系统能够大大大减少转速降降落。1、系统组组成+-AMTG+-+-+-UtgUdIdn+--+Un∆UnU*nUcUPE+-带转速负反馈馈的闭环直流流调速系统原原理框图2、系统稳态态关系转速负反馈直直流调速系统统中各环节的的稳态关系如如下：电压比较环节节放大器电力电子变换换器调速系统开环环机械特性测速反馈环节节以上各关系式式中—放大器的电压压放大系数；；—电力电子变换换器的电压放放大系数；—转速反馈系数数（V·min/r））；—UPE的理想空载输输出电压（V）；—电枢回路总电电阻。KpKsRUd0从上述五个关关系式中消去去中间变量，，整理后，即即得转速负反反馈闭环直流流调速系统的的静特性方程程式式中，，闭环环系统统的开开环放放大系系数K为它相当当于在在测速速反馈馈电位位器输输出端端把反反馈回回路断断开后后，从从放大大器输输入起起直到到测速速反馈馈输出出为止止总的的电压压放大大系数数，是是各环环节单单独的的放大大系数数的乘乘积。。电动机机环节节放大大系数数为3、闭闭环系系统的的稳态态结构构框图图KpKs

1/CeΦU*nUc∆UnEnUd0Un++-IdR-转速负负反馈馈闭环环直流流调速速系统统稳态态结构构框图图若只考考虑给给定作作用时时的的闭环环系统统若只考考虑扰扰动作作用-IdR时的闭闭环系系统nU*nKpKs

1/CeΦUc∆UnUd0Un+-+KpKs

1/CeΦ-IdRnUd0+-E由于已已认为为系统统是线线性的的，可可以把把二者者叠加加起来来，即即得系系统的的静特特性方方程式式4.开环系系统机机械特特性和和闭环环系统统静特特性的的关系系断开反反馈回回路，，则可可得系系统的的开环环机械械特性性为：：而闭环环时的的静特特性可可写成成（1）闭环环系统统静性性可以以比开开环系系统机机械特特性硬得得多。。在同样样的负负载扰扰动下下，两两者的的转速速降落落分别别为和它们的的关系系是比较两两方程程式可可得出出以下下的论论断：（2）如果果比较较同一一的开开环和和闭环环系统统，则则闭环系系统的的静差差率要要小得得多。。闭环系系统和和开环环系统统的静静差率率分别别为和当n0op=n0cl时，（3）当要要求的的静差差率一一定时时，闭闭环系系统可可以大大提提高调调速范范围。如果电电动机机的最最高转转速都都是nmax，而对最最低速速静差差率的的要求求相同同，那那么：：开环时时，闭闭环环时，，从开环环与闭闭环稳稳态速速降关关系式式可得（4）要取取得上上述三三项优优势，，闭环环系统统必须须设置放放大器器。上述三三项优优点若若要有有效，，都取取决于于一点点，即即K要足够够大，，因此此必须须设置置放大大器。。结论闭环调调速系系统可可以获获得比比开环环调速速系统统硬得得多的的稳态态特性性，从从而在在保证证一定定静差差率的的要求求下，，能够够提高高调速速范围围，为为此所所需付付出的的代价价是，，须增增设电电压放放大器器以及及检测测与反反馈装装置。。例题题3在例例题题1-2中，，龙龙门门刨刨床床要要求求D=20，，s≤≤5%，，已知知Ks=30，，=0.015V·min/r，，Ce=0.2V·min/r，，如何何采采用用闭闭环环系系统统满满足足此此要要求求？？解在上上例例中中已已经经求求得得Δnop=275r/min但为为了了满满足足调调速速要要求求，，须须有有Δncl=2.63r/min由开开环环与与闭闭环环稳稳态态速速降降关关系系式式可可得得≥代入入已已知知参参数数，，则则得得即只只要要放放大大器器的的放放大大系系数数等等于于或或大大于于46，闭闭环环系系统统就就能能满满足足所所需需的的稳稳态态性性能能指指标标。。系统统调调节节过过程程开环环系系统统Idn例如如：：在在下下图图中中工工作作点点从从AA′′闭环环系系统统IdnUnUnnUd0Uc例如如：：在在下下图图1中工工作作点点从从AB闭环系统统静特性性和开环环机械特特性的关关系A′闭环静特性开环机械特性Ud4Ud3Ud2Ud1BA四、调速系统统的动态态指标1.动态态指标含含义：电气传动动控制系系统的动动态指标标是指系系统在给给定信号号和扰动动信号作作用下，，系统输输出在动动态响应应中的各各种指标标对给定信号的的跟随性能指标标对扰动信号的抗扰性能指